浅谈活性炭吸附处理VOCs

01活性炭吸附处理VOCs的简述

VOCs处理技术有吸收法、燃烧法、冷凝法和吸附法，新兴的技术有生物法、低温等离子体法、膜分离法、光催化氧化法等。通常工业排放的废气中VOCs浓度在100~2000mg／m3之间，对这种中低浓度的VOCs，采用吸附法、吸收法对有机溶剂回收后达标排放；不宜回收时，可采用燃烧法、生物法、光催化氧化法等净化后达标排放。吸附法是目前处理VOCs的最常见的方法，特别适用于处理低浓度的VOCs。与其他VOCs治理技术相比，吸附法能选择性地分离其他过程难以分开的混合物，对低浓度有毒有害物质去除效率高，操作简便安全，无二次污染，并且经过处理后可以达到有机溶剂回收、吸附剂循环使用的目的。

目前V0Cs治理多采用变温吸附和变压吸附，以固定床居多。变温吸附 (TSA)是利用吸附剂的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，在常温下吸附，升温后脱附的操作过程。活性炭脱附过程是吸热过程，升温有助于脱附，采用水蒸气、热气体进行脱附时，脱附温度通常在100~200℃。吸附VOCs时，若吸附量较高，吸附质是沸点较低的小分子碳氢化合物和芳香族有机物时，可用水蒸气脱附后冷凝回收；若吸附量较低，如甲苯、二甲基乙酰胺和乙酸乙酯等VOCs，则可用其他热气体 (热空气、热N2等 ) 吹扫进行脱附后烧掉或经二次吸附后回收。但变温吸附在使用过程中加热和冷却吸附剂需要花费较长的时间，多次循环后还会出现吸附剂因热老化性能降低的问题，并且对于三氯乙烷、苯乙烯等温敏性VOCs并不适用。而变压吸附（PSA）采用变压解析的方法，可以很好的避免变温吸附产生的一些问题，同时具有产品纯度高、工艺流程短、操作弹性大、操作简便、能耗低和运行费用小等优点。（我司拥有美国专利的变压吸附技术，适用于多种挥发性有机物如：ECH、甲苯、二甲苯、笨、四氯化碳、氯苯、二氯甲烷、乙烯等VOCs。用低能耗，达到低排放浓度并回收有机化合物，创造环保效益同时创造经济效益。）

活性炭吸附法是工业中最为广泛使用的VOCs 治理方法，但活性炭在实际应用中还存在一些问题，如吸附容量不高、吸附后活性炭的再生能力差、吸附性能受水气等环境因素影响较大等。在综合考虑活性炭吸附治理VOCs的影响因素的基础上，改进和研制VOCs回收及综合利用设备，设计最佳的工艺操作条件，使活性炭在VOCs的治理方面得到更广阔的应用。

02警活性炭吸附装置运行的安全问题及原因

活性炭吸附装置在运行时可能会发生事故，主要是活性装置的自燃。原因有两种，一、活性炭自身氧化；二、被吸附物即有机废气在装置中的燃烧。活性炭自身的氧化：就活性炭本身来讲，吸附热、化学反应热及吸湿热等都可以使活性炭积蓄热导致着火，其中，活性炭与空气中的氧不断进行反应放出热量，是活性炭自燃的主要原因。吸附热蓄积初期是闷燃，活性炭会冒烟没有火苗，内部温度 逐渐上升。燃烧不完全会产生一氧化碳。从外部条件看，周围环境温度、湿度的变化等都可能引起活性炭发生缓慢氧化，释放热量，当热量来不及散失在内部蓄积起来以后，整个炭体温度会逐渐升高，氧化速率加快，最终发生自燃。活性炭自燃时，会导致活性炭迅速氧化，释放出CO和CO2。

此外，高浓度的有机废气吸收产生的热，与可燃易燃物质的存在，如达到自燃点或遇到静电，会导致火灾的发生。

03活性炭吸附装置需采取的安全措施

根据以往事故经验，环境温度或者外界温度对于活性炭吸附装置的热量蓄积也有一定的贡献。因此，活性炭吸附装置要远离热源，同时考虑使用外部不吸热的材料或者保温措施，对于户外的活性炭装置，要有防晒防高温的防护装置，比如加装防晒版、遮阳棚、或涂凉凉胶等。

对于输入高温气流，要进行降温预处理，确保进入到活性炭装置的气流不会增加活性炭装置的热蓄积。

对于大部分易燃有机溶剂，静电火花也是火灾的一个常见原因。因此，要控制有机废气的流动速度，废气收集、传送、吸附以及排放过程中设备和管道都需要做好静电接地和跨接措施，相应的电气设备要符合电气防爆要求。

应在活性炭装置内设置温度监测、 警连锁和自动降温措施，确保吸附装置内温度达到设定值时，系统能够自动 警并启动降温措施。

一旦活性炭吸附装置发生火灾，火势很快就会向上蔓延到生产装置，因此需要再活性炭装置入口如前加装管道阻火器。

对于封闭化工生产装置中的呼吸废气，由于工艺过程是氮气吹扫及置换的，可以达到控制氧含量目的，对于开放性的无组织排放废气收集新系统，要确保输入的有机废气流里面氧含量低于最小燃烧需氧量，通过补充氮气或其他惰性气体稀释氧气浓度；或者通过调整废气流中有机气体的体积浓度确保废气低于最小爆炸极限的25%，减少燃烧的可能性。

04关于活性炭吸附装置处理VOCs的展望

2019年，生态环境部发布了关于印发《重点行业挥发性有机物综合治理方案》的通知，指出了VOCs治理存在的源头控制力度不足、无组织排放问题突出、治污设施简易低效、运行管理不规范和监测监控不到位问题，并制定完成“十三五”规划确定的VOCs排放量下降10%的目标。其中明确采用吸附处理工艺的，应满足《工业有机废气治理工程技术规范》要求。同年，江苏省化工产业安全环保整治提升领导小组发布了《关于印发化工产业安全环保整治提升工作有关细化要求的通知》，其中企业的废气治理设施需委托有资质单位进行工程设计并存档，这意味着环保设施也需要由具设计资质的单位设计。当前国家对环保问题极为重视，积极推进化工行业的整治提升，但同样环保设施的安全问题也不能忽视。以前，环保设施主要由没有资质的环保公司设计，在设计中忽视安全设施设计，存在着安全隐患。现在江苏省各市应急管理局已要求安全设施专篇的设计除了主装置外还需包括环保设施的内容。随着国家对环保的安全的重视，相信以后活性炭吸附处理VOCs的行业标准规范更完善。